Podstawowe definicje

Transkrypt

1 Wprowadzenie do równowag fazowych () odstawowe definicje Faza dla danej substancji jej postać charakteryzująca się jednorodnym składem chemicznym i stanem fizycznym. W obrę bie fazy niektóre intensywne funkcje stanu (np. gęstość) mają jednakową wartość. rzemiana fazowa przemiana jednej fazy w drugą zachodz w charakterystycznej temperaturze przejścia fazowego (przemia fazowej) przy danym ciśnieniu. Diagram fazowy wykres pokazujący obszary trwałości faz w zależności od ciśnienia i temperatury (dla układów jednoskła nikowych), linie i punkty równowag międzyfazowych.

2 Wprowadzenie do ciecz przechłodz ciecz przegrzan równowag fazowych () Obszary trwałości faz, fazy metastabilne constans

3 Wprowadzenie do równowag fazowych (3) rzykładowy diagram fazowy 0 kt potrójny punkt krytyczny 3 t w kr

4 rężność par () ciecz gaz ciało stałe gaz < para < ciecz faza skondensowana ciało stałe

5 rężność par () 366,4 a Równowaga woda para wodna, a 3, a 4, K 373,5 K K 4 647,3 K

6 Diagram fazowy wody ()

7 miany skali Diagram fazowy wody ()

8 zmiana skali Diagram fazowy CO

9 Diagram fazowy 4 He

10 ermodynamika równowagi fazowej () W stanie równowagi, dg 0, zatem: jeśli: dn dn; dn dn dg G dn; dg G d dg dg + dg ( G G ) dn ponieważ, jako się rzekło: ( dg), zaś dn 0, to G G const const kryterium równowagi fazowej

11 ermodynamika równowagi fazowej () ozważymy teraz zmiany G przy infinitezymalnych zmianach i an równowagi I: G, G,, Stan równowagi II: +d, + G G ynika z tego, że również: dg dg wiemy też, że: dg vd sd G + dg G + dg zatem: dg V d S d oraz: dg V d Sd w konsekwencji: V d S d V d S d

12 Równanie Clausiusa-Clapeyrona () ląc ostatnie r-nie przez d otrzymujemy: V d d S V d d bo: d d S V S V S V S V ( V V ) L gdzie L jest ciepłem przemiany fazowej Jest to ogólna postać równania Clausiusa-Clapeyrona.

13 Równowaga ciecz -para Metody pomiaru prężności par: statyczne (barometryczne) bezpośredni pomiar prężności par nad cieczą w równowadze dynamiczne pomiar temperatury wrzenia przy danym narzuconym ciśnieniu (ebuliometr) transpiracyjne analiza gazu przepływającego przez termostatowaną ciecz i nasyconego parą

14 Równanie Clausiusa Clapeyrona () ównowaga ciecz - para: d d L ( V V ) p p c ałkiem rozsądnym założeniem jest też: V p >>V c a co za tym idzie: Vp Vc Vp R ostatecznie: d ln d L R p lub d L R p d co jest łatwe do scałkowania

15 Równanie Clausiusa Clapeyrona (3) Równowaga ciecz para (c.d.): d L R całkując od do i od do przy założeniu stałości L p w interesującym nas przedziale temperatur (skąd znamy podobne założenie?) zymujemy: ln L p R lub log p L d p Rln0 Lp ałkowaniu nieoznaczonym: ln + const lub log R Są to równania linii parowania na diagramie fazowym a

16 Równanie Clausiusa Clapeyrona (4) yby równowagę ciecz para potraktować jako reakcję chemiczn o symbolicznym zapisie: A(c) M(g) o stosowałoby się do niej równanie van t Hoffa ln K K H R r Zważywszy, że dla tej reakcji K p M / 0 ln H R p

17 Sublimacja Analogicznie: d d L ( V V ) p s s ze bardziej prawdziwe jest też: V p >>V s zatem: V p V Ostatecznie obowiązują analogiczne postaci równania C-C: s R ln Ls R lub log Ls Rln0 Ls a ln + const lub log + R c

18 rzemiany polimorficzne Odmiany alotropowe emperatura przemiany fazowej jest funkcją ciśnienia: d d ( V V ) L rzemiany fazowe w ciałach stałych zachodzą bardzo powoli! C(diament) C(grafit) S(jednoskośna) S(rombowa) (biały) (czerwony)